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[周报全文]纯属虚构——服务器虚拟化技术素描

2004年07月26日 00:00:00 | 作者:佚名 | 来源:$page.getBroMedia() | 查看本文手机版

摘要:纯属虚构——服务器虚拟化技术素描

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    纯属虚构

    ——服务器虚拟化技术素描

    ■ 本报记者 姜波

    如果非要将服务器技术发展的趋势概括成文的话,那么下面这句话你应该记住:所有的东西都将从物理的、静态的转换为数据的、移动的和虚拟的。不错,虚拟化技术是网格计算和公用计算带动起来的一个最重要的新技术方向,现在,它已经开始蓬勃发展了。本文的内容就是围绕这项正当红的技术展开。当然,纯属“虚”构,也没有雷同。

    眼见为虚——

    在公用计算方向的指引下,在实现公用计算的明天,眼见的全是“虚”的了。

    “在Internet时代之后,我们将迎来一个崭新的‘公用计算’时代,也就是说,未来,计算就像是水和电,想用多少,尽管用,然后按账单付费,其他的可以不用考虑。”这是IDC全球企业服务器解决方案副总裁Vernon Turner在2003亚太服务器论坛上所描绘的未来计算世界,它向我们揭示了计算资源即将进入到一个共享的时代,一个公用计算的时代,我们不必去担心资源从哪里来,只需清楚它应该去向哪里。计算开始变得没有尽头,像无穷无尽一样,随需而取。而资源的整合和管理、自动化部署、虚拟化技术是网格计算和公用计算带动起来的三个新的技术方向,其中,虚拟化技术已经铺天盖地地来到了我们身边。Vernon Turner说:虚拟化技术主要帮助用户随需地取用资源。

    在2003亚太服务器论坛上, HP和Sun都介绍了各自在虚拟化技术方面的观点和进展。HP认为,当今的企业运营需要适应性基础平台及管理技术,以提供自动化智能管理、动态资源优化和持续的安全运营,而虚拟化技术是实现这种适应性计算的关键。Sun认为,数据中心越来越复杂化,包括系统管理、系统部署和体系架构、数据管理等等都变得复杂不堪,而应对这种复杂性的克星就是虚拟化数据中心。Sun提出用一种虚拟服务体系架构来部署复杂的数据中心,并提供虚拟大型服务器、资源虚拟化、动态系统域等相关的技术。

    今年,各大系统厂商在虚拟化技术方面展开了新一轮的角逐。IBM的“虚拟引擎”首先引爆了这个技术,虽然,虚拟引擎并不是一项新技术,只是IBM在大型机上的一些虚拟技术以及后来慢慢积累的一些“虚拟经验”加以整合后的一个虚拟工具包,但它仍然给服务器业界以及整个未来数据中心规划带来了一些新的感觉;HP通过全新的HP-UX系统实现服务器虚拟化的战略平台,提供了虚拟服务器环境,能够实现虚拟服务器资源的智能协调。最新版本的HP-UX 11i赋予企业更大限度的适应性和灵活性,它可以运行在基于PA-RISC的HP 9000服务器和基于安腾的HP Integrity动能服务器上,为管理企业基于PA-RISC和安腾平台的关键任务服务器提供动力;微软也宣布了其虚拟服务器软件Virtual Server 2005将在第三季推出,这个可用于服务器分割的软件,可使企业将其NT4、Windows 95、98等旧版操作系统上的应用软件,全部转移到Windows Server 2003上来。

    几大顶尖的系统厂商在服务器虚拟化上面的大手笔,揭开了虚拟化技术从一种趋势转变为现实的帷幕,眼球转向这项技术的同时,应用也开始发生改变。

    高谈虚论——

    虚拟化技术满足了什么样的商业需求?它到底能够带来什么样的好处?支撑虚拟化走势的理论基础是什么?

    在传统的典型IT架构中,存在许多挑战阻碍现代企业的灵活性,这些挑战来自如下几个方面:应用被捆绑在固定的平台上;各项应用拥有着不同的平台;需要有专用的、针对特别应用的开发、测试、生产和灾难恢复环境;每个应用环境都需按预计最大负载来构建,彼此之间仅有较低的或根本没有资源共享。面对这些传统IT技术与架构所带来的问题,虚拟化技术应运而生,通过虚拟化技术,能够将基础设施从物理变成虚拟的,通过虚拟化技术,IT设施变成了一个虚拟资源池,以单一资源彻底消除业务系统的复杂性,同时,能够满足降低成本的需求。基于虚拟化,企业的IT基础设施可具备更多的灵活性,并向公用计算时代迈进。

    具体来看,虚拟技术主要用于解决两方面的商业需求。

    支持传统应用的需求。传统应用使用许多老式操作系统,业务扩大和系统升级等给这些系统带来诸多挑战,使企业不得不面对代价高昂的选择,如果针对现有的操作系统对应用进行升级或重写,所需要的资源很可能不够。

    合并传统应用的需求。许多商业应用都在利用率较低的服务器上运行。多年来,IT部门都希望对这些应用进行合并,减少服务器的数量,同时还可以节省大量的管理成本、硬件、占地空间和电力消耗。但问题是,通常这些应用在编写时就已经确定不能与其他应用共存于同一台服务器上。有些应用需要不同版本的操作系统、数据库和中间件;有些应用则可能消耗掉系统中的所有硬件或软件资源,因而阻止其他应用的运行。虚拟技术可以帮助解决这一问题,使服务器能够适应快速、频繁的重新配置。

    虚拟技术能够带来的商业利益包括:

    较低的资本消耗:服务器的数量更少,且利用率更高;

    较低的运营费用:降低数据中心运营和系统管理要求;

    支持传统环境:可以将传统应用以快速、经济的方式移植和重新部署到可用率更高的系统上;

    提高软件的生命周期管理性:有效地减少应用在开发、测试、准备和部署周期中所消耗的时间。

    虚张声势——

    服务器虚拟化技术早已拉开了声势,摆开了架势,这一点可以从各大系统厂商在虚拟化技术和战略上的部署创新中,一目了然。

    HP:虚拟化是HP动成长企业战略的关键技术之一,其中,HP-UX是实现服务器虚拟化的战略平台,提供了虚拟服务器环境。HP-UX 11i提供了先进的分区技术,包括集群、硬分区、软分区和处理器资源管理和工具集。其中,软分区技术能够对CPU进行分区,这些创新的虚拟化技术使用户能够无缝地利用物理硬件、操作系统、内存、集群等,灵活地分配应用系统所需要的资源,有效提高系统利用率,获得更高的投资回报。HP-UX 11i不仅提供了广泛的服务器虚拟化功能,并通过智能策略引擎来协调这些虚拟化功能。

    虚拟服务器环境将下列HP-UX 11i特性组合在一起:

    自动恢复故障管理;

    虚拟化技术——按需计算、高可用性与集群、分区和资源管理;

    智能策略引擎—HP-UX工作量管理器。

    分区和资源管理——有效提高系统利用率。用于HP-UX 11i的HP Partitioning Continuum提供的动态解决方案,可无缝地利用物理硬件、操作系统、内存、集群等,不会对业务带来影响;

    快速部署——Ignite-UX可以远程部署系统映像、分配操作系统更新,维护系统与重要映像库,从而轻松、快速地部署。

    另外,HP-UX 11i拥有一套完整的系统级别的管理工具,可以在本地或远程管理数千台服务器。所有的HP-UX 11i系统级别与工作量管理功能和产品都集成到HP Servicecontrol Manager中,为系统管理员提供了单一、安全的管理点。

    这里要特别提到的是HP-UX 11i工作量管理(HP-UX Workload Manager,WLM),它使得HP的虚拟服务器环境更为强大。WLM存在于HP-UX 11i的单独副本中或虚拟分区之间,根据基于目标与权利的服务级别自动、动态地分配系统资源,提供快速、自动的响应,根据工作量或业务需求进行资源分配,确保系统资源的最优利用。其中,Process Resource Manager为不同的工作量分配系统资源,即时按需增容(iCOD)在被激活时进行按需增容。

    在Windows\Linux\x86方面,VMware是HP提高其虚拟化技术声望的合作伙伴和工具,包括其刀片家族。虽然WLM现在只能应用在HP 9000系列服务器和基于安腾的动能服务器系列中,不支持上述的平台,但HP计划在今年年底前推出新的版本,将支持多操作系统平台和硬件。HP还计划推出gWLM(Globle Workload Manager),第一个版本将在HP 9000和动能服务器上支持Linux,接下来的版本会支持Proliant(工业标准)服务器。HP最终的目标是,gWLM要使用户看到HP的所有服务器仅仅是一个服务器资源池。

    IBM:IBM的虚拟引擎技术,着实引爆了服务器虚拟化技术领域。运用虚拟引擎技术可以对基于Unix的系统像主机一样进行分区,从而使一个处理器充当10个服务器使用。

    虚拟引擎既包括技术,也包括多种服务。它的技术部分重点放在CPU分区上。因此,虽然AIX的动态逻辑分区技术允许一台8处理器的服务器同时运行8个操作系统,并且能够在处理器之间转移工作负载,但虚拟引擎却可以创建微型分区,使一块CPU变成10台虚拟服务器。

    虚拟引擎的服务部分就是从IBM Director演生而来的,是针对IBM xSeries和BladeCenter的系统管理工具。该服务的最新版本被称为IBM Director Multiplatform,可通过单个控制点对IBM的所有四种系统平台和非IBM的系统、网格和集群实施管理。

    虚拟引擎还包括IBM的Tivoli分部研制的企业工作负载管理和维护能力,用户可以根据商业策略对所有计算资源中的应用进行优化。

    IBM还将提供一系列基于开放网格服务架构(Open Grid Services Architecture)和WebSphere技术的网格工具箱。这将使应用能够以网格计算的方式在所有四种平台上运行。

    IBM一位发言人称,每一个服务器就是IBM的一个管理员多用途平台,通过这个平台既可以对IBM也可以对非IBM服务器实施控制和管理。这些非IBM生产的服务器包括HP和Sun等公司生产的服务器。通过这个控制平台,管理者可以对多个操作环境实施管理,从而大大减少了人力成本和技术成本,简化IT基础设施管理。

    图1 IBM的虚拟引擎

    Microsoft:2003年1月,Microsoft收购了Connectix的一种非常先进的服务器虚拟产品,称为虚拟服务器(Virtual Server),同时Microsoft立即宣布将继续该产品的开发和支持工作。

    虚拟服务器 是一种企业级虚拟解决方案,可以实现多操作系统环境中服务器的整合和高效管理。Virtual Server是一种基于Microsoft Windows的服务器应用,使用户能够在同一种物理服务器上同时运行各种类型的操作系统,其中包括Windows Server 2003、Windows 2000 Server、Linux、Unix和OS/2。Virtual Server是从Connectix的Virtual PC客户端虚拟软件产品线发展而来的,可以在符合业界标准的Intel服务器(IA32)上运行。

    Virtual Server内建了虚拟计算机技术,使用软件和选定的硬件设备来创建一个模拟的运行环境。

    Virtual Server的优势包括:

    更广泛的硬件支持。Virtual Server能够利用Windows操作系统已有的广泛硬件支持并可以与IT部门使用的多数硬件环境协同工作。Virtual Server几乎可以运行在任何Intel架构的服务器上,这就为用户提供了极大的灵活性。

    更好的可支持性。Microsoft已经对运行在Virtual Server虚拟机上的Windows操作系统进行了全面的测试,并且为运行在该配置上的产品提供支持。

    基于标准的管理。Virtual Server利用了符合业界标准的技术,如超文本传输协议(HTTP)、RDP(终端服务)、可扩展标记语言(XML)和PerfMon 来处理一般的管理任务。虚拟机配置被存放在XML文件中,而服务器的监视和配置可通过HTTP/HTML界面来实现。Virtual Server允许用户通过任何平台上的任何超文本标记语言(HTML)浏览器对服务器实施管理。

    更简便的扩展性。Virtual Server支持具备完整特性的组件对象模型(COM)脚本模型,允许用户使用脚本来控制产品的各个方面。由于脚本模型是基于COM的,用户不会被捆绑在某一种特定的脚本语言上。

    Sun:所谓虚拟,只是Sun N1 Grid战略中的一个组件。N1 Grid指的是将“n”个计算机作为1台计算机来管理,这也是Sun对优化网络计算的一种构想。

    对于那些喜欢将服务器资源集中到一个大型系统中的用户,Sun一直都能通过其动态系统域提供硬件分区能力,并可通过Solaris 9操作系统提供基本的软件分区能力。稍后,Sun还可以在Solaris 10上的N1 Grid Containers中提供逻辑分区能力。

    利用N1 Grid Containers,用户将能够在一个Solaris 10上创建多个软件分区。它们还可以创建最多4000个可将错误隔离开的软件分区 (也称为“容器”),每个分区都有自己的IP地址、内存空间、文件区、主机名和根口令。系统还可以根据商业目标对资源进行分区内部或跨分区的动态调整。而且由于这些容器是与硬件分离的,它们可以很容易地移植到其他系统上。

    该技术将适用于所有的Sun服务器平台,包括基于UltraSPARC和x86的系统,以及Sun的混合架构(x86和SPARC)Sun Fire Blade。

    N1 Grid系统可以实现服务器虚拟的组件包括:

    N1 Grid控制台(N1 Grid Console),这是网格中所有服务器的管理合并点;

    N1 Grid服务部署系统(N1 Grid Service Provisioning System)4.1,负责对服务器中的应用实施维护,使用一种优化引擎来平衡工作负载。它还可以进行自动服务器安装、配置和升级;

    N1 Grid引擎(N1 Grid Engine),这一组件可以集合可用的计算资源,并将它们当作一种网络服务来提供;

    N1 Grid Provisioning Server 3.1(刀片服务器版),该组件是一种用于Sun Fire Blade平台的管理环境。它允许用户设计、配置、维护和扩展基于刀片的服务器群(+微信关注网络世界),并自动将所有资源当作一个虚拟池来管理。

    VMware:VMware的方法与传统系统厂商的虚拟作法大相径庭,VMware在操作系统和实现的硬件之间插入一个虚拟硬件层,这种方法最终实现的便是可移植的“虚拟机”。

    任何运行在基于x86上的系统都可以运行VMware,其中包括所有版本的Windows、Linux和NetWare。

    目前,EMC已经收购了VMware,而该公司正在将服务器虚拟扩展成为虚拟基础设施(Virtual Infrastructure),其中还包括存储和联网能力。

    VMware的ESX服务器(ESX Server)可以在任何基于x86的平台上直接实施,最多可支持两个处理器的环境。用户可以通过VMware的虚拟基础设施管理软件——VirtualCenter来管理由ESX服务器组成的池。该软件让管理员能够对资源进行切换,从而将未使用的容量减到最小,并且对服务器进行快速部署和维护。

    作为其VirtualCenter的一部分,VMware还开发了一种“分布式虚拟”系统,称为Vmotion,这种系统可以将正在运行的虚拟机移植到一个不同的物理服务器上,并且不会对服务造成任何干扰,即使在没有硬件停机计划的情况下,也可以添加内存或进行硬件检修,用户还可以使用VMotion对负载进行随时随地的平衡操作。

    虚往实归——

    一个实际的问题,一个有效的解决方案,一种更优化的办法,这些应该是最直接有用的东西。在这个案例中,你应该体会到,服务器虚拟化是控制服务器无序繁殖的最根本办法。

    传统应用:面临大规模的业务扩展,某企业需要付出很大的努力才能保持自己的IT服务水平。该企业的雇员人数在过去的一年中翻了两番,增至1000人,办公场所也增至40个。

    (上接29版)企业内部的多数应用是会相互冲突的,这意味着必须在单独的服务器上运行某种应用。此外,中央数据中心内的共享应用和数据库性能也随着用户人数的增加而不断退化。

    传统的解决方法:传统的作法通常会在每个办公室保留文件服务器和应用服务器,而对数据库、信息交换和目录服务进行集中管理。同时还要对每个办公场所的关键应用数据库进行复制,并且为了防止发生应用冲突,还要为每项应用选择特定的服务器系统。为了应付数据库和目录同步流量,还需要提高网络带宽。然而,这种方式需要管理至少40台服务器,以及40个全天候专用广域网连接,这样每月都会产生相当高昂的成本,却一点都不具备灾难恢复能力。

    应用虚拟服务器解决方案:这种新方法借鉴了应用服务商模型中的一项设计战略,将IT运营视作一种利润中心,该中心应怎样保持较高的客户满意度、高效率和低成本呢?问题的答案就是服务器和存储的虚拟化。

    尤其是服务器的虚拟化使业务经理能够控制自己的运营环境,就算该环境是由总部管理和维护的,业务经理也具备充足而直接的控制能力。服务器虚拟化使逻辑服务器(例如信息、数据库和域控制器)能够与硬件相互脱钩,它还可以将应用与操作系统隔绝开来,换句话来说就是,它将一台物理服务器转换成为所谓的“处理外设”。

    图2 虚拟服务器出任“处理外设”的工作原理

    由于应用和服务器操作系统被隔离开来,在系统中受保护的内存空间中就可以运行这种专门针对应用的环境,而不是让应用在整个操作系统中运行。

    某些服务器虚拟化产品可以将一台物理服务器的完整镜像囊括在一个文件中(其中包括操作系统、应用和直连或联网存储设备)。在这种情况下,处理外设(物理服务器)会在其内部磁盘上运行虚拟软件,而虚拟服务器文件及其相当的存储设备将在一个存储区域网络中运行。然后,应用就可以从存储区域网络上启动,并在选定的处理外设上执行。利用管理工具,可以看到所有可用的处理外设,并且可以选择其中最好的服务器来运行所需要的应用。

    由于处理资源得到了合并,异构资源池的负载容量得到有效管理,再加上可以根据业务经理的需要随时启用任何形式的服务器,服务器虚拟化极大地提高了用户的工作效率。在这种情况下,这家企业可以在两台多处理器服务器上运行所有的应用,每台服务器都充当另一台的冗余备用服务器。

    另外一个非常关键的组成部分就是应用。由于该公司的应用都存储在中心地点,因此公司希望实施一个基于角色的Web前台,将Web和Windows应用合并为一个类似浏览器的通用用户界面。应用还应当以瘦客户机的方式运行(例如Citrix或Web服务),无论同时运行的应用有多少,这种作法会限制其对带宽的需求,而且可以实现应用服务器的集中管理。 ■

    编看编想

    虚怀若谷

    ■ 姜波

    虚无、抽象之类的词语总是给人一种空旷的感觉,让人的想象力一下子长了翅膀。当服务器技术的发展脚步迈进虚拟化的阶段时,发展的空间也一下子大了起来。

    的确,虚拟化技术不是一项新技术,在原来的大型机当中,虚拟化技术所包括的分区等功能都应用得很成熟,只是,现在,它的应用范围要扩大,它的应用质量要提升,它的功能要创新,要更实用、更有效。

    在我们不应该也不能够再怀疑公用计算方向的时候,虚拟化技术给我们提供了支撑公用计算模式的基础技术,而它目前能够给我们带来的最直接的好处是服务器整合。基本上几大系统厂商提出的虚拟化技术和构想都是围绕整合、简化IT基础设施和管理这几个核心问题,IBM的虚拟引擎、HP的HP-UX 11i,还有Sun和微软的服务器虚拟化技术,都将基础设施以及应用的整合放在了首位。虽然,服务器虚拟化技术更多地从软件的角度实现,但实际上,它是从整个架构的角度颠覆了传统应用,这样做的结果是,后台的复杂性提高,前台应用更简洁、清晰,管理更顺畅。

    伴随虚拟化技术,原来专用的、不开放的系统和技术慢慢走向开放和融合。对于多系统环境的支持就是最好的开放,对于异构平台的支持和整合更是开放的最好体现。对于用户来说,这样的技术走势带来的好处不仅仅是加速基础设施的整合与简便管理,更重要的是,资源的最大化利用以及应用效率开始被普遍重视,这是一个进步,非常有意义的进步。

[责任编辑:程永来 cheng_yonglai@cnw.com.cn]